用於冷卻分隔的製冷包封體的系統和方法

2023-06-07 18:58:26 3

用於冷卻分隔的製冷包封體的系統和方法
【專利摘要】一種製冷包封體包括具有隔斷壁的貨物箱，所述隔斷壁將所述貨物箱再分為若干隔室。在一個實施方案中，所述製冷包封體包括製冷系統，所述製冷系統具有用於冷卻所述隔室中的一個的製冷單元和被布置為鄰近所述隔斷壁以促進氣流從第一隔室到達第二隔室的空氣移動裝置。所述製冷系統還包括耦接到所述空氣移動裝置和所述製冷單元中的每個的控制裝置。所述控制裝置提供響應於所述隔室中的每個內部的操作條件(例如，溫度)的變動而改變所述空氣移動裝置和所述製冷單元中的每個的操作的控制信號。
【專利說明】用於冷卻分隔的製冷包封體的系統和方法
【技術領域】
[0001]本文公開的標的大體上涉及運輸冷凍，且在一個實施方案中涉及一種具有多個貨物隔室和用來促進貨物隔室的可變冷卻的製冷系統的製冷包封體。
[0002]發明背景
[0003]冷凍的貨物貨櫃利用冷凍單元將貨物貨櫃的內部容積或環境維持在所要溫度。各種各樣的產品，例如從新鮮果蔬到速凍海鮮，一般在冷凍卡車拖車和其它冷凍的貨運貨櫃中運輸。為了促進在不同溫度下的運輸，例如冷凍和非冷凍易壞貨物，一些貨物貨櫃被分隔成兩個或更多個單獨的貨物隔室。
[0004]常規的運輸冷凍單元包括製冷壓縮機、冷凝器和主蒸發器。然而當結合分隔的冷凍貨物貨櫃使用時，冷凍單元通常配備有一個或多個遠程蒸發器。這類系統通常被稱為「可逆的多溫度系統」，這是因為各個隔室的溫度(通常是第一隔室上的冷凍溫度和第二隔室上的新鮮溫度)可被逆轉。在示例性系統中，遠程蒸發器存在於每個隔室附近，從而提供個別化溫度控制。而且，每個蒸發器還可由蒸發器線圈、膨脹裝置、螺線管閥、加熱系統、一個或多個風扇、可選排水加熱器、返回空氣溫度傳感器和包括用於最終解凍監測的額外溫度傳感器的解凍功能裝置組成。因此，總之，常規的多隔室貨物貨櫃是複雜的並且構建、安裝和操作成本高。
[0005]製冷單元的替代構造部署風扇或「艙壁風扇」來取代至少一個遠程蒸發器。具有艙壁風扇的系統是「不可逆多溫度系統」，其中前隔室溫度低於後隔室溫度。通常艙壁風扇被耦接到鄰近定向的溫度傳感器，即感測僅一個隔室的溫度的溫度傳感器。溫度傳感器指示貨物隔室的溫度變化，其繼而改變艙壁風扇單元的操作。
發明概要
[0006]如下文更詳細論述，製冷包封體的實施方案將風扇單元耦接到製冷單元的控制結構。這種構造減少多組件冷凍系統的成本並且確保精確地控制分隔的冷凍包封體的每個隔室的溫度。
[0007]附圖簡述
[0008]為了進一步了解本標的，參考下列詳細描述，結合附圖閱讀下列詳細描述，其中:
[0009]圖1是具有分隔的結構並配備有製冷系統的製冷包封體的示例性實施方案的俯視不意圖；
[0010]圖2是圖1的處於卡車上的適當位置的製冷包封體的部分截面透視圖；
[0011]圖3是用來控制製冷包封體(諸如圖1和圖2的包封體)中的製冷系統的控制圖的不意圖；
[0012]圖4是用於冷卻製冷包封體(諸如圖1和圖2的包封體)的示例性方法的流程圖；和
[0013]圖5是用於冷卻製冷包封體(諸如圖1和圖2的包封體)的另一示例性方法的流程圖。[0014]如果適用，貫穿若干視圖，相同參考符號指代相同或相應的組件和單元，其並非按比例繪製，除非另有指示。
【具體實施方式】
[0015]圖1和圖2描繪根據本公開內容製作的示例性冷凍包封體100。如圖1中最佳所示，製冷包封體100包括具有隔斷壁104的貨物箱102，隔斷壁104將貨物箱102的體積再分為一個或多個包括第一隔室108(或「前隔室108」)和第二隔室110(或「後隔室110」)的貨物隔室106。隔斷壁104具有多個開112，其促進前隔室108和後隔室110之間的空氣流動。每個貨物隔室106具有入口點，所述入口點整體由數字116標註，呈板和/或門形式，其提供進入各自貨物隔室106的入口以促進其中貨物的裝卸。
[0016]製冷包封體100還包括調節各自的貨物隔室106中的每個內的環境的製冷系統118。製冷系統118包括製冷單元120和鄰近至少一個開口 112的空氣移動裝置122。空氣移動裝置122的實例包括風扇124或推進器。在一個實施方案中，製冷系統118還包括氣流調節器126(或「氣門片126」)，所述氣流調節器126調節通過一個或多個開口 112的氣流。優選地，氣門片126允許僅在一個方向上的氣流，諸如從前隔室108到後隔室110或反之亦然。
[0017]製冷單元120包括冷凝單元128和與前隔室108的內部流體連接的前蒸發器130。冷凝單元128具有如在常規實踐中固定到貨物箱102外部的外殼132。外殼132包封壓縮機134和冷凝器136以及本冷凍【技術領域】所屬人員將認識到的相關組件，且因此無需描述細節。
[0018]冷凍系統118還具有控制裝置138和提供關於貨物隔室106內部的操作條件(例如，溫度、壓力和溼度)的輸入的一個或多個傳感器。傳感器可包括分別對前隔室108和後隔室110的貨物溫度作出響應的前溫度傳感器142和後溫度傳感器144。本實例將前隔室108的貨物溫度標註為Tf且將後隔室110的貨物溫度標註為TA。響應於來自傳感器140的輸入，控制裝置138生成選擇性地控制和/或操作例如風扇124、冷凝單元128和/或前蒸發器130的控制信號，如下文更詳細論述。
[0019]製冷系統118的操作引起界定貨物隔室106之內和之間的空氣的移動的氣流模式146。在一個實例中，氣流模式146包括尾流148和順流150。前者即尾流148可由從前隔室108汲取空氣並將空氣分散(和混合)到後隔室110中的風扇124的旋轉引起。順流150描述空氣從後隔室110到前隔室108的流動以使後隔室110內部的壓力均等。
[0020]如圖2中最佳所示，製冷包封體100可被併入到用於運輸存儲於其中的貨物的卡車152。在一個實施方案中，電源(未示出)，諸如發電機，可被耦接到卡車152的發動機(或驅動系)。電源生成例如風扇124和壓縮機134以及製冷系統118的其它部件所需的充足電力。在一個實例中，電源包括單個車載發動機驅動的同步發電機，所述發電機以一個或多個頻率產生至少一個AC電壓。
[0021]製冷包封體100的實施方案將其自身提供給其它運輸車輛。例如，製冷包封體100可被具體實施為附接到適當構造的牽引車並由所述牽引車拖拉的冷凍的運輸拖車(即，「牽引車拖車」)或具體實施為用於通過海運和/或鐵路和/或聯運運輸易壞產品具有分隔設計的冷凍貨運貨櫃。而且，儘管冷凍包封體100的論述將集中於貨物箱102的雙隔室構造，但是應了解貨物箱102的變體可具有兩個以上隔室。
[0022]控制裝置138可包括微處理器板，所述微處理器板包括微處理器、相關存儲器和包含模擬轉數字轉換器的輸入/輸入板。同樣預期其它構造，其中這些裝置中的一個或多個被組合在單個集成電路(例如，晶片、晶片上晶片封裝等等)內。控制裝置138還可包括驅動電路、場效電晶體(「FET」)、繼電器和被配置來實施與製冷系統118相關的控制特徵的其它分立裝置(例如，電晶體、電阻器、電容器)。在一個實例中，控制裝置138包括可購自美國，康乃狄克州，法明頓Carrier Corporation的MicroLink?控制器。然而,控制裝置138的特定類型和設計是在熟悉冷卻和冷凍的本冷凍【技術領域】所屬人員的辨別力之內。
[0023]在一個實施方案中，控制裝置138響應於各個操作參數(包括但不限於前隔室溫度Tf和後隔室溫度Ta中的每個的設定點)而操作製冷系統118。這些操作參數可諸如通過工廠校準而被預先設定或預先選定。替代實施方案可允許具體操作參數(諸如可能有益於說明製冷包封體100的使用和操作的變動)的使用者起始的改變和/或實施(例如，基於周圍環境的環境溫度)。
[0024]操作參數可在前隔室108和後隔室110的溫度之間區分。例如，前隔室108可被維持在適於結合冷凍物品(例如，易壞冷凍食品)使用的溫度，且後隔室110可被維持在適於結合冷凍物品(例如，水果、蔬菜和易壞非冷凍食物)使用的溫度。常見的是，對於前隔室溫度TF，操作參數將包括從約-18°c到約-25°c的第一設定點，且對於後隔室溫度TA，操作參數將包括從約0°C到約12°C的第二設定點。
[0025]控制裝置138可實施各個運算法則來調節前隔室108和後隔室110中的每個的貨物溫度。存儲器可將這些運算法則以可執行指令的形式(諸如軟體和/或硬體)存儲，所述指令可通過例如微處理器執行。在一個實例中，運算法則將來自傳感器140 (例如，前溫度傳感器142和後溫度傳感器144)的輸入與操作參數(前隔室溫度Tf和後隔室溫度Ta中的每個的設定點)進行比較。運算法則起始控制裝置138來生成實行製冷系統118的組件的操作的一個或多個控制信號。在一個實例中，控制信號引起速度為風扇124的旋轉速度的旋轉和/或變動。
[0026]風扇124的啟動將來自前隔室108的空氣與後隔室110中的空氣混合。當前隔室溫度低於後隔室溫度時，空氣混合用來降低或「下拉」後隔室110的貨物溫度。下拉可繼續直到後隔室溫度Ta達到所要貨物溫度(例如，由上述設定點指定)為止。在一個實例中，運算法則起始控制裝置138來響應於後隔室溫度Ta下降到後隔室溫度Ta的設定點、大約下降到所述設定點、或下降到接近所述設定點(例如，在特定容限內)而生成阻止風扇124旋轉的一個或多個控制信號。
[0027]合適的運算法則還可使製冷系統118的組件的操作優先。在一個實例中，運算法則使貨物隔室106的冷卻優先，並且在一個結構中，前隔室108的冷卻優先於後隔室110的冷卻。也就是說，運算法則被構造來首先確保前隔室溫度Tf符合為前隔室108建立的設定點(和/或在所述設定點的可接受容限內)。前隔室溫度Tf的下拉(或「前下拉」)可要求至少前蒸發器130是起作用的，其提供冷卻空氣給前隔室108。當前下拉完成(例如，前隔室溫度Tf達到設定點)時，接著運算法則可起始控制裝置138以生成致使後隔室溫度Ta滿足為後隔室110建立的設定點(和/或在所述設定點的可接受容限內)的控制信號。後隔室溫度Ta的下拉(或「後下拉」)可要求操作風扇124，如上文所述。在其它實例中，後下拉可要求同步操作風扇124和前蒸發器130以維持前隔室溫度TF。
[0028]現在參考圖3，製冷包封體100(圖1和圖2)的實施方案可實施各種硬體構造來實行對例如風扇124和前蒸發器130的控制。圖3的實例提供在例如製冷系統118中使用的硬體平臺200的一個構造的示意圖。硬體平臺200包括控制裝置202 (例如，控制裝置138)，所述控制裝置202包括處理器204、存儲器206和被構造用來大體操作製冷系統(例如，製冷系統118)的控制電路208。控制電路208包括蒸發器控制電路212、風扇控制電路214、冷凝器控制電路216和傳感器電路218。在一個實施方案中，控制電路208包括諸如用於比較由傳感器電路218接收的輸入與標註製冷包封體的隔室的特定操作條件的設定點的比較器電路220。一條或多條總線222將所有這些組件耦接在一起，從而允許每個組件根據需要與其它組件中的一個或多個通信。
[0029]硬體平臺200還包括傳感器224，所述傳感器224包括第一溫度傳感器226和第二溫度傳感器228。硬體平臺200還包括製冷組件230 (諸如風扇232)、蒸發器234和壓縮機236。硬體平臺200的實例還可具有控制面板238，所述控制面板238被耦接到控制裝置202，且包括一個或多個製冷系統控制器(諸如第一控制器240和第二控制器242)。當在圖1和圖2的製冷包封體100中實施時，控制裝置202諸如響應於來自傳感器224和/或控制面板238的輸入實行一個或多個製冷組件230的操作。預期各種構造的比較器電路220指示製冷包封體的各個隔室的溫度偏差。偏差可要求控制裝置202生成一個或多個控制信號(其經由總線222傳達)以改變製冷單元(例如，風扇232、蒸發器234和壓縮機236)的操作。操作的改變可改變隔室的操作條件。
[0030]在高級下，硬體平臺200和其建設性組件在其自身之間通信和/或與執行高級邏輯功能、運算法則以及硬體和軟體指令的其它電路(和/或裝置)通信。這種類型的示例性電路包括但不限於分立元件(諸如電阻器、電晶體、二極體、開關和電容器)以及微處理器和其它邏輯裝置(諸如場可編程門陣列(「FPGAs」)和特定應用程式集成電路(「ASICs」))。儘管全部分立元件、電路和裝置以電【技術領域】所屬人員一般了解的方式個別發揮作用，但是其組合併整合到功能性電群體和電路中一般提供本文所公開和描述的概念。
[0031]控制裝置202的電路可通常在物理上表明邏輯操作，其促進位冷單元的組件的操作改變。這些電路可以物理形式複製運算法則、比較性分析和/或決策邏輯樹，其中每個操作來分配輸出(例如，控制信號)和/或值給輸出(例如，控制信號)諸如以打開和關閉風扇232、改變風扇232的速度、啟動蒸發器234，和/或啟動壓縮機236。
[0032]在一個實施方案中，處理器204是中央處理單元(CPU)(諸如ASIC和/或FPGA)。處理器204還可包括狀態機電路或能夠從例如控制面板238接收輸入的其它合適組件。存儲器206包括易失性和非易失性存儲器且可用來存儲軟體(或硬體)指令和構造設置。蒸發器控制電路212、風扇控制電路214、冷凝器控制電路216、傳感器電路218和比較器電路220中的每個可以具體實施獨立裝置(諸如固態裝置)。這些裝置可以安裝到基板(諸如印刷電路板)，所述基板可容納各個組件，包括處理器204、存儲器206和結合其在製冷包封體中的實施促進控制裝置202的操作的其它相關電路。
[0033]然而，儘管圖3示出處理器204、存儲器206、蒸發器控制電路212、風扇控制電路214、冷凝器控制電路216、傳感器電路218和比較器電路220作為分立電路和分立組件的組合，但是不一定需要這樣。例如，這些組件中的一個或多個可包含在單個集成電路(IC)或其它組件中。舉另一實例，處理器204可包括內部程序存儲器(諸如RAM和/或ROM)。類似地，這些組件的任何一個或多個功能可跨額外組件(例如，多個處理器或其它組件)散布。
[0034]在一個實施方案中，風扇232的控制和操作與蒸發器234以及製冷系統的其餘部分的控制和操作成一體。這類整合可通過運算法則和比例-積分-微分(PID)控制方案而發生。PID控制方案的一個實例具有三項控制結構，所述三項控制結構生成PID輸出，其繼而起始改變製冷組件230的操作的控制信號。三項控制結構代表呈多個「模塊」形式可個別(或共同)對PID輸出的整體值作出貢獻的一個或多個數學運算法則。在下文進行的論述中，提出結合三項控制結構使用的示例性數學運算法則。然而，預期其它運算法則與本公開內容的概念的範疇和精神同樣一致。
[0035]舉例來說，模塊可包括比例控制模塊、積分控制模塊和微分控制模塊。當實施為數學運算法則時，每個模塊提供「項」。項的操縱(個別或共同)有效修改或改變PID輸出的值，且繼而有效修改或改變控制裝置202傳遞給製冷系統的各個組件的控制信號的值。在一個實例中，控制信號可啟動例如風扇232以及撤銷對其的啟動。
[0036]在一個實施方案中,可根據下列方程式(I)定義PID輸出:
[0037]u (t) = Pqut+Iqut+Dqut 方程式(I)
[0038]其中u(t)是PID輸出的值，Ptjut是PID輸出的比例項，Iwt是PID輸出的積分項，並且Dtjut是PID輸出的微分項。如下文更詳細論述，每一項對應於響應於來自例如上述傳感器224的輸入而被分配值的增益參數。
[0039]比例項Prat也稱為增益和/或增益項，其可與誤差值成比例地改變PID輸出。在一個實例中，誤差值定義隔室溫度(例如，前隔室溫度TF和後隔室溫度TA)的改變。在一個實例中，根據下列方程式(2)定義比例項Ptjut:
[0040]Pout = KPe⑴，方程式⑵
[0041]其中Kp是比例增益參數，e是誤差值，且t是時間和/或瞬時時間。
[0042]積分項Iwt也被稱為重置和/或重置項，其可與誤差值的量級和誤差值的持續時間成比例地修改PID輸出。在一個實例中，根據下列方程式(3)定義積分項Iwt:
[0043]
【權利要求】
1.一種用於冷卻貨物箱的系統，所述系統包括: 製冷單元，其具有與所述貨物箱的第一隔室流體連接的壓縮機、冷凝器和蒸發器； 空氣移動裝置，其與所述貨物箱的第二隔室流體連接； 傳感器，其對所述第一隔室和所述第二隔室中的每個的操作條件作出響應；和 控制裝置，其耦接到所述製冷單元、所述空氣移動裝置和所述傳感器中的每個， 其中所述控制裝置被構造來生成響應於輸入和定義操作條件的操作參數之間的偏差而改變所述製冷單元和所述空氣移動裝置的操作的控制信號。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述傳感器對所述第一隔室和所述第二隔室中的每個的溫度作出響應。
3.根據權利要求2所述的系統，其中所述傳感器包括對所述第一隔室的溫度作出響應的第一溫度傳感器和對所述第二隔室的溫度作出響應的第二溫度傳感器。
4.根據權利要求1所述的系統，其中所述控制裝置被構造來使所述製冷單元和所述空氣移動裝置的操作優先。
5.根據權利要求4所述的系統，其中來自所述第一隔室的輸入優先於來自所述第二隔室的輸入。
6.根據權利要求1所述的系統，其中所述控制裝置實施利用所述第一隔室的溫度和所述第二隔室的溫度的PID控制方案。
7.根據權利要求1所述的系統，其中所述空氣移動裝置包括與所述第一隔室和所述第二隔室中的每個流體連接的風扇。
8.一種製冷包封體，其包括: 貨物箱，其具有將所述貨物箱的體積再分為第一隔室和第二隔室的隔斷壁； 製冷單元，其具有與所述第一隔室流體連接的蒸發器； 空氣移動裝置，其被布置為鄰近所述隔斷壁，所述空氣移動裝置與所述第一隔室和所述第二隔室中的每個流體連接；和 控制裝置，其耦接到所述製冷單元和所述空氣移動裝置中的每個， 其中所述控制裝置被構造來生成響應於所述第一隔室和所述第二隔室的操作條件偏差而改變所述製冷單元和所述空氣移動裝置的操作的控制信號。
9.根據權利要求8所述的製冷包封體，其中所述隔斷壁包括多個開口，且其中所述空氣移動裝置被布置在所述開口中的一個中並且被定位來從所述第一隔室汲取空氣並將空氣分散到所述第二隔室。
10.根據權利要求9所述的製冷包封體，其還包括布置在所述開口中的一個中的氣門片，其中所述氣門片允許氣流從所述第二隔室流到所述第一隔室。
11.根據權利要求8所述的製冷包封體，其還包括布置在所述第一隔室和所述第二隔室的每個中的傳感器，其中所述傳感器被構造來提供關於所述操作條件的輸入。
12.根據權利要求11所述的製冷包封體，其中所述控制裝置被構造來使所述第一隔室的操作條件優先於所述第二隔室的操作條件。
13.根據權利要求8所述的製冷包封體，其中所述控制裝置被構造來將所述第一隔室維持在低於所述第二隔室的溫度的溫度。
14.根據權利要求8所述的製冷包封體，其還包括所述第一隔室和所述第二隔室中的
15.根據權利要求書8所述的製冷包封體，其還包括所述第一隔室和所述第二隔室中的每個的入口點。
16.一種冷卻製冷包封體中的隔室的方法，所述方法包括: 接收關於所述貨物箱的所述隔室中的每個的操作溫度的輸入； 響應於所述輸入生成第一控制信號來起始所述第一隔室的操作溫度的第一次下拉；和 響應於所述輸入生成第二控制信號來起始所述第二隔室的操作溫度的第二次下拉， 其中所述第二次下拉將空氣從所述第一隔室分散到所述第二隔室。
17.根據權利要求16所述的方法，其還包括使所述第一次下拉優先於所述第二次下拉。
18.根據權利要求16所述的方法，其中所述第一控制信號指示所述輸入不同於所述第一隔室的設定點。
19.根據權利要求16所述的方法，其中所述第二控制信號指示所述輸入不同於所述第二隔室的設定點。
20.根據權利要求1 6所述的方法，其中所述第二隔室的操作溫度比所述第一隔室的操作溫度大至少約5°C。
【文檔編號】F25D11/00GK103703330SQ201180071292
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2011年6月2日 優先權日:2011年6月2日
【發明者】J.P.古, R.莫塔爾 申請人:開利公司